Fetalni nadzor bo povzročil velike spremembe

Spremljanje ploda bo povzročilo velike spremembe

Raziskovalci v Iranu so uporabili globoko nevronsko mrežo (DNN) za pridobivanje fetalnega elektrokardiograma (EKG) iz enega samega abdominalnega kanala EKG. Njihova metoda, opisana v Fizioloških meritvah, lahko v prihodnosti izboljša spremljanje ploda.

Kako izolirati fetalni EKG?

Trenutno se električna aktivnost plodovega srca meri z elektrokardiogramom, pridobljenim z elektrodami z EKG-vodi, nameščenimi na trebuhu bodoče matere. Kliniki lahko uporabijo fetalni EKG za oceno zdravja ploda in diagnosticiranje nepravilnosti.

Izziv? Težko je ločiti fetalne EKG signale od abdominalnih EKG, ki vsebujejo signale ploda ("fetalni EKG") in matere ("materinski EKG"), pa tudi signale iz virov motenj, kot so mišične kontrakcije. Ta naloga postane zahtevnejša proti koncu nosečnosti, ko je amplituda fetalnega EKG signala primerljiva z materinim EKG.

Vodilni avtor študije, Arash Rasti-Meymandi, podiplomski študent na Iranski univerzi za znanost in tehnologijo, in njegovi kolegi so prišli do pristopa, ki se pri reševanju problema opira na DNN.

Rasti-Meymandi je bil navdihnjen z Unets, konvolucijskimi omrežji, ki se pogosto uporabljajo za naloge segmentacije medicinske slike. S sodelavcem Aboozarjem Ghaffarijem sta uporabila modificirano različico Uneta, da sta najprej izluščila EKG nosečnice in nato EKG signal ploda.

"Unet prekaša druge tehnike pri segmentaciji slike," je dejal Rasti-Meymandi. "Za ekstrakcijo različnih komponent abdominalnega EKG smo zaznali abdominalne EKG signale pri različnih ločljivostih (podobno kot postopek, uporabljen v modelu Unet)."

DNN raziskovalcev, imenovan AECG-DecompNet, uporablja dve podomrežji v seriji za pridobivanje fetalnih EKG iz enokanalnega abdominalnega EKG. Prvo podomrežje izvleče materin EKG; drugi je fetalni EKG. Raziskovalci so ločeno usposabljali obe podomrežji z uporabo simuliranih signalov EKG in nato ovrednotili podomrežja z uporabo simuliranih in resničnih posnetkov EKG v trebuhu.

Z uporabo grafičnega procesorja lahko DNN raziskovalcev obdela štiri sekunde posnetkov EKG trebuha v približno eni sekundi.

Prihodnost DNN in fetalnega EKG

Za razliko od drugih metod zmanjševanja šuma signala, ki zahtevajo referenčno modalnost EKG (valovne oblike P, Q, R, S in T, ki kažejo električno aktivnost srca), večkanalne EKG ali oboje, metoda raziskovalcev zahteva le en kanal, tj. Lahko. To ne le izboljša udobje matere med zajemanjem EKG, ampak zahteva tudi manj sredstev in manj časa za izvedbo v primerjavi s tradicionalnimi metodami snemanja EKG in ekstrakcije signala.

Raziskovalci so tudi ugotovili, da je njihova metoda bolje ohranila obliko in strukturo fetalnih EKG signalov v primerjavi z drugimi metodami -- vseh pet valovnih oblik je bilo dobro ohranjenih, kar je omogočilo odkrivanje in diagnosticiranje fetalnih nepravilnosti.

"Glavni rezultat te študije je učinkovitost uporabe DNN za učinkovito pridobivanje fetalnih EKG signalov iz enokanalnih abdominalnih posnetkov," je Rasti-Meymandi povedal za Physical World. "Trenutno delamo na bolj izpopolnjenih algoritmih ... za nadaljnje izboljšanje natančnosti ekstrakcije srčnega utripa."

Ekipa dela tudi na načinih implementacije DNN v realnem času na pametne telefone.

Omejitve njihovega pristopa vključujejo morebitno pretirano zanašanje na nabor podatkov o usposabljanju, zlasti s šibkimi fetalnimi EKG signali, in širjenje napak iz prvega podomrežja v drugo.